JP7116042B2 - Devices, systems and methods for monitoring peripheral arterial perfusion in a subject - Google Patents

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Description

本発明は、被検体の末梢動脈灌流をモニタリングするための処理デバイス、システム及び方法に関する。 The present invention relates to processing devices, systems and methods for monitoring peripheral arterial perfusion in a subject.

末梢灌流は、重症患者について測定する必要がある一般的な血行力学的態様である。フォトプレチスモグラフィ(PPG)は、灌流をモニタリングするために使用することができる既知の技術である。PPGは、関心のある領域又は体積の光反射率又は光透過率の経時変化を評価する光学測定技術である。PPGは血液が(周囲の組織よりも)光を吸収するという原理に基づいているので、各心拍での血液量の変動はそれに応じて透過率又は反射率に影響する。心拍数に関する情報に加えて、PPG波形は、呼吸等の更なる生理学的現象に起因する情報を含むことができる。異なる波長(典型的には赤及び赤外)における透過率及び/又は反射率を評価することによって、血中酸素飽和度を決定することができる。 Perfusion is a common hemodynamic aspect that needs to be measured in critically ill patients. Photoplethysmography (PPG) is a known technique that can be used to monitor perfusion. PPG is an optical measurement technique that evaluates the change in light reflectance or light transmission of an area or volume of interest over time. Since PPG is based on the principle that blood absorbs light (more than the surrounding tissue), variations in blood volume with each heartbeat affect transmittance or reflectance accordingly. In addition to information about heart rate, the PPG waveform can contain information due to additional physiological phenomena such as respiration. By evaluating the transmittance and/or reflectance at different wavelengths (typically red and infrared), blood oxygen saturation can be determined.

患者モニタリングに関連する、ビデオカメラ又はリモートPPGを使用する目立たないバイタルサインモニタリングが実証され発見されている。リモートPPGイメージングは、例えば非特許文献1に説明されている。これは、皮膚内の血液量の時間的変動が皮膚による光吸収の変動につながるという原理に基づいている。そのような変動は、皮膚領域、例えば顔の画像を撮るビデオカメラによって記録することができ、一方、処理は、選択された領域(このシステムでは典型的には頬の部分)にわたるピクセル平均を計算する。この平均信号の周期的な変動を見ることによって、心拍数と呼吸数を抽出することができる。一方、リモートPPGの使用により患者のバイタルサインを取得するためのデバイス、システム及び方法の詳細を説明する更なる刊行物及び特許出願がいくつか存在する。 Discreet vital signs monitoring using video cameras or remote PPGs has been demonstrated and discovered in the context of patient monitoring. Remote PPG imaging is described, for example, in Non-Patent Document 1. It is based on the principle that temporal variations in blood volume in the skin lead to variations in light absorption by the skin. Such variations can be recorded by a video camera taking images of skin areas, for example the face, while processing computes pixel averages over a selected area (typically the cheek area in this system). do. By looking at the periodic variation of this average signal, the heart rate and respiration rate can be extracted. Meanwhile, there are several additional publications and patent applications detailing devices, systems and methods for obtaining patient vital signs through the use of remote PPG.

したがって、動脈血の脈拍は光吸収の変化を引き起こす。光検出器(又は光検出器のアレイ)で観察されるこれらの変化は、PPG(フォトプレチスモグラフィ)信号(とりわけ、プレチ波とも呼ばれる)を形成する。血液の脈拍は心臓の鼓動によって引き起こされる、すなわち、PPG信号のピークは心臓の個々の鼓動に対応する。したがって、PPG信号はそれ自体ハートビート信号である。この信号の正規化された振幅は、波長ごとに異なり、また、波長によっては血液酸素化の関数でもある。 Arterial blood pulsation thus causes a change in light absorption. These changes observed on a photodetector (or an array of photodetectors) form a PPG (photoplethysmography) signal (also called plethysmography among others). The blood pulse is caused by the heartbeat, ie the peaks of the PPG signal correspond to the individual beats of the heart. Thus, the PPG signal is itself a heartbeat signal. The normalized amplitude of this signal varies with wavelength and is also a function of blood oxygenation for some wavelengths.

特許文献1及び特許文献2は、哺乳類の被検体の1つ以上の光吸収関連の血液分析物濃度パラメータを測定するためのシステム及び方法を開示している。このシステムは、a)少なくとも2つの別個の光の波長で被検体の皮膚を照明し、各波長の相対吸光度を決定することにより、PPG測定を行うように構成されたフォトプレチスモグラフィ(PPG)デバイスと;b)被検体のパルスパラメータをレオロジー的に測定するために、被検体の動的光散乱(DLS:dynamic light scattering)測定を行うように構成された動的光散乱測定(DLS)デバイスと;c)i)PPG測定とDLS測定の結果を時間的に相関させ、ii)PPG測定とDLS測定との間の時間的相関に従って、1つ以上の光吸収関連の血液分析物濃度パラメータの値を評価するように構成される電子回路とを備える。 WO 2005/020003 and WO 2004/020002 disclose systems and methods for measuring one or more light absorption-related blood analyte concentration parameters of a mammalian subject. The system comprises: a) a photoplethysmography (PPG) device configured to perform PPG measurements by illuminating the skin of a subject with at least two distinct wavelengths of light and determining the relative absorbance of each wavelength and b) a dynamic light scattering (DLS) device configured to perform dynamic light scattering (DLS) measurements of a subject to rheologically measure pulse parameters of the subject. c) i) temporally correlating the results of the PPG and DLS measurements, and ii) values of one or more light absorption-related blood analyte concentration parameters according to the temporal correlation between the PPG and DLS measurements; an electronic circuit configured to evaluate the

非特許文献2は、離れた所での心臓血管の健康状態の光学的判断のためのレーザスペックル検出器の使用について言及している。従来のPPGデバイスは、レーザスペックル検出器を使用して得られた信号を測定するための信頼できる基準として使用される。 (2001) mentions the use of a laser speckle detector for remote optical determination of cardiovascular health. A conventional PPG device is used as a reliable reference for measuring the signal obtained using a laser speckle detector.

非特許文献3は、フォトプレチスモグラフィ(PPG)とレーザドップラー流量計(LDF:laser Doppler flowmetry)の比較について言及している。 [3] mentions a comparison between photoplethysmography (PPG) and laser Doppler flowmetry (LDF).

特許文献3は、手首のバンドに搭載され、ドーム形状の構造物で尺骨の先端の上方にある領域を固定する装着型のパルスオキシメトリデバイスを開示している。この領域は測定領域として使用される。測定は、固定領域の上に配置された検出器により行われる。検出器は、固定領域の周囲に位置する、異なる波長の光源によって放射された光を検出する。したがって、反射は反射モードでも透過モードでも測定されないが、放射された光から20°と60°の間の角度で測定される。トランス・イルミネーションモードと呼ばれるこのモードは、優れた信号対雑音比を達成することを可能にし、そして手首のオキシメトリデータの連続的で信頼できる測定を可能にする。コヒーレント光散乱(CLS)を、動きアーチファクトに対処するために使用できることが更に記載されている。 US Pat. No. 5,300,000 discloses a wearable pulse oximetry device that is mounted on a wrist band and anchors the area above the tip of the ulna with a dome-shaped structure. This area is used as the measurement area. Measurements are made with a detector positioned above the immobilization area. A detector detects light emitted by light sources of different wavelengths located around the fixed area. Reflection is therefore measured neither in reflection mode nor in transmission mode, but at angles between 20° and 60° from the emitted light. This mode, called trans-illumination mode, makes it possible to achieve excellent signal-to-noise ratios and enables continuous and reliable measurement of wrist oximetry data. It is further described that coherent light scattering (CLS) can be used to combat motion artifacts.

PPG信号が低い場合、2つのシナリオの可能性がある:
i)患者は集中化状態であるか(centralized)、血管硬化を患っている。血管は比較的硬く(高い細動脈及び細静脈緊張により高い血管抵抗をもたらす)、心周期における血液量の変動に対する応答も低い。これは、血管壁が、拍動性圧力/流れ変動を誘発する心拍に反応できないことに対処しなければならない。したがって、血管コンプライアンス、すなわち血圧パルスの到着時に拡張する能力が低い。
ii)心拍出量が低い。この場合、PPG信号の弱さは心拍における低血液量によって引き起こされる。
If the PPG signal is low, there are two possible scenarios:
i) The patient is centralized or suffers from vascular sclerosis. The vessels are relatively stiff (high arteriolar and venular tone resulting in high vascular resistance) and have a low response to fluctuations in blood volume during the cardiac cycle. This has to do with the inability of the vessel wall to respond to the heartbeat, which induces pulsatile pressure/flow fluctuations. Therefore, vascular compliance, ie the ability to dilate upon arrival of a blood pressure pulse, is low.
ii) low cardiac output; In this case the weakness of the PPG signal is caused by low blood volume in the heartbeat.

したがって、末梢灌流についてのPPGモニタリングは、(集中化(centralization)及び/又は血管硬化度に起因する)低血管コンプライアンスによって生じる低拍動性と、低心拍出量に生じる低拍動性を区別することができない。 Therefore, PPG monitoring of peripheral perfusion distinguishes between hypopulsatility caused by low vascular compliance (due to centralization and/or vascular stiffness) and hypopulsatility caused by low cardiac output. Can not do it.

米国特許出願公開第2015/0105638号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2015/0105638 米国特許出願公開第2011/0082355号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2011/0082355 国際公開第2013/030744号パンフレットInternational Publication No. 2013/030744 pamphlet

Wim Verkruysse、Lars O. Svaasand及びJ. Stuart Nelson著“Remote plethysmographic imaging using ambient light”Optics Express、Vol.16、No.26、2008年12月Wim Verkruysse, Lars O. Svaasand and J. Stuart Nelson, "Remote plethysmographic imaging using ambient light," Optics Express, Vol. 16, No. 26, December 2008 Farley等著“Optical determination of cardiovascular health at a distance”proceedings of the International Society for Optical Engineering (SPIE)、vol.7703、77030R、2010年Farley et al., “Optical determination of cardiovascular health at a distance,” proceedings of the International Society for Optical Engineering (SPIE), vol. 7703, 77030R, 2010 Lindberg等著“Photoplethysmography, Part 1: Comparison with laser Doppler flowmetry”Medical and Biological Engineering and Computing、vol.29、No.1、p.40-47、1991年Lindberg et al., “Photoplethysmography, Part 1: Comparison with laser Doppler flowmetry,” Medical and Biological Engineering and Computing, vol. 29, No. 1, p. 40-47, 1991 Briers著“Laser Doppler and time-varying speckle: a reconciliation"、the Journal of the Optical Society of America,、vol.13、no.2、1996年Briers, "Laser Doppler and time-varying speckle: a reconciliation", the Journal of the Optical Society of America, vol. 13, no. 2, 1996 Briers著“Laser Doppler, speckle and related techniques for blood perfusion mapping and imaging”、physiol. Meas. 22、R35-R66、2001年Briers, “Laser Doppler, speckle and related techniques for blood perfusion mapping and imaging”, physiol. Meas. 22, R35-R66, 2001

本発明の目的は、低血管コンプライアンスによって生じる低拍動性と低心拍出量によって生じる低拍動性を区別することを可能にする、被検体の末梢動脈灌流のモニタリングで使用するための処理デバイス、システム及び方法を提供することである。特に、良好代償性血液量減少(well-compensated hypovolemia)と不良代償性血液量減少(ill-compensated hypovolemia)との間の区別をサポートする、被検体の末梢動脈灌流のモニタリングで使用するための処理デバイス、システム及び方法を提供することは有利であろう。 It is an object of the present invention to provide a process for use in monitoring peripheral arterial perfusion in a subject that allows to distinguish between hypopulsatility caused by low vascular compliance and hypopulsatility caused by low cardiac output. It is to provide a device, system and method. In particular, a process for use in monitoring peripheral arterial perfusion in a subject that supports differentiation between well-compensated hypovolemia and ill-compensated hypovolemia. It would be advantageous to provide devices, systems and methods.

本発明の第1の態様では、被検体の末梢動脈灌流のモニタリングで使用するための処理デバイスが提示される。当該処理デバイスは:
- 被検体の組織領域の第1検出データを受け取り、被検体の皮膚領域の第2検出データを受け取るための入力部であって、第1検出データは、被検体の組織から反射されるか、かつ/又は被検体の組織を透過した放射線を検出することによって経時的に取得され、第2検出データは、皮膚領域に向けて放射されるコヒーレント光に応答して皮膚領域から受け取られる放射線を検出することによって経時的に取得される、入力部と;
第1検出データからフォトプレチスモグラフィ(PPG)信号を導出するためのPPGユニットと;
第2検出データから、皮膚領域内の光散乱粒子の流れを示すフロー信号(flow signal)を導出するためのフローユニットと;
PPG信号及びフロー信号を評価して末梢動脈灌流に関する情報を取得するための評価ユニットであって、該評価ユニットは、PPG信号とフロー信号の組合せ評価(combined evaluation)に基づいて、低血管コンプライアンスの状態(例えば集中化血管状態(centralized vascular condition)及び/又は低心拍出量の状態を決定するよう適合される、評価ユニットと;
を備える。
In a first aspect of the invention, a processing device is presented for use in monitoring peripheral arterial perfusion in a subject. Such processing devices are:
- an input for receiving first detected data of a tissue region of the subject and for receiving second detected data of a skin region of the subject, wherein the first detected data are reflected from tissue of the subject; and/or obtained over time by detecting radiation transmitted through tissue of the subject, the second detection data detecting radiation received from the skin area in response to coherent light emitted toward the skin area. an input obtained over time by;
a PPG unit for deriving a photoplethysmography (PPG) signal from the first detected data;
a flow unit for deriving from the second detection data a flow signal indicative of the flow of light scattering particles within the skin area;
An evaluation unit for evaluating the PPG signal and the flow signal to obtain information about peripheral arterial perfusion, the evaluation unit being based on a combined evaluation of the PPG signal and the flow signal to determine low vascular compliance. an evaluation unit adapted to determine a condition (e.g. a centralized vascular condition and/or a condition of low cardiac output;
Prepare.

追加的又は代替的に、評価ユニットは、末梢動脈灌流に関する情報を取得するために、PPG信号及びフロー信号を評価するように構成されることができ、ここで評価ユニットは、PPG信号とフロー信号の組合せ評価に基づいて、集中化血管状態又は低心拍出量の状態を決定するように適合される。 Additionally or alternatively, the evaluation unit may be configured to evaluate the PPG signal and the flow signal to obtain information on peripheral arterial perfusion, wherein the evaluation unit is adapted to determine a centralized vascular condition or a condition of low cardiac output based on a combined evaluation of .

本発明の更なる態様では、被検体の末梢動脈灌流のモニタリングのためのシステムが提示される。当該システムは:
- 被検体の組織領域の第1検出データを取得し、被検体の皮膚領域の第2検出データを取得するための検出器であって、第1検出データは、被検体の組織から反射されるか、かつ/又は被検体の組織を透過した放射線を検出することによって経時的に取得され、第2検出データは、経時的に取得される皮膚領域の一連の画像を含む、検出器と;
- 取得された第1検出データ及び第2検出データに基づいて末梢動脈灌流をモニタリングするための本明細書に開示される処理デバイスと;
を備える。
In a further aspect of the invention, a system for monitoring peripheral arterial perfusion in a subject is presented. The system will:
- a detector for obtaining first detected data of a tissue region of the subject and second detected data of a skin region of the subject, the first detected data being reflected from the tissue of the subject; and/or a detector obtained over time by detecting radiation transmitted through the tissue of the subject, the second detection data comprising a series of images of the skin area obtained over time;
- a processing device disclosed herein for monitoring peripheral arterial perfusion based on acquired first and second sensing data;
Prepare.

本発明のまた更なる態様では、対応する方法、コンピュータプログラムがコンピュータで実行されると、コンピュータに本明細書で開示される方法のステップを実行させるためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム、並びにプロセッサによって実行されると、本明細書で開示される方法を実行させるコンピュータプログラム製品を格納する非一時的コンピュータ可読記録媒体も提供される。 In yet a further aspect of the invention, a corresponding method, a computer program comprising program code means for causing a computer to perform the steps of the methods disclosed herein when the computer program is executed on a computer, as well as a processor Also provided is a non-transitory computer-readable recording medium storing a computer program product that, when executed by, causes the methods disclosed herein to be performed.

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項で定義される。特許請求に係る方法、システム、コンピュータプログラム及び媒体は、特許請求されるような、特に従属請求項で定義され、本明細書で開示されるものと同様及び/又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。 Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims. The claimed methods, systems, computer programs and media are defined in particular in the dependent claims and have preferred embodiments similar and/or identical to those disclosed herein as claimed Please understand.

本発明は、低拍動性に関する上記のあいまいさを軽減するという考えに基づいている。皮膚領域(好ましくは組織領域と同一である)内の光散乱粒子の流れを示すフロー信号(例えばスペックル信号又はレーザドップラー信号)から、特にPPG信号に加えて取得されるレーザスペックルイメージング又はレーザドップラーのような干渉技術に基づいて、末梢動脈灌流に関する情報を取得することができる。特に、フロー信号が高い流速を示し、PPG信号が比較的低い血液量変動を測定するとき、血管コンプライアンスは低い。言い換えると、血管は血流の増加に十分に応答していない。同様の結論を引き出すことができ、正常又は高い血管コンプライアンスは、(PPG信号によって測定される)血液量を増加させることによって(スペックル信号又はレーザドップラー信号によって測定可能な)血流速度が高くなるのを防ぐはずである。 The present invention is based on the idea of alleviating the above ambiguity regarding hypopulsatility. laser speckle imaging or laser obtained from a flow signal (e.g. speckle signal or laser Doppler signal) indicative of the flow of light scattering particles in a skin region (preferably identical to the tissue region), especially in addition to the PPG signal Information about peripheral arterial perfusion can be obtained based on interferometric techniques such as Doppler. Vascular compliance is low, especially when the flow signal indicates high flow velocities and the PPG signal measures relatively low blood volume fluctuations. In other words, blood vessels are not responding well to increased blood flow. A similar conclusion can be drawn that normal or high vascular compliance results in increased blood volume (measured by the PPG signal) resulting in higher blood flow velocities (which can be measured by speckle or laser Doppler signals). should prevent

一般に、第1検出データと第2検出データは別々に取得される(すなわち、検出器又はデータベースから受信又は取り出される)。例えば検出器(例えばPPGセンサ)を使用して第1検出データを取得し、撮像ユニット(例えばカメラ)を使用して第2検出データを取得することができる。しかしながら、一実施形態では、第1検出データとして第2検出データが使用される、すなわち第1検出データは第2検出データと同一であり、検出器は、第2検出データを表す画像データを取得するための撮像ユニットである。 Generally, the first detection data and the second detection data are obtained separately (ie, received or retrieved from the detector or database). For example, a detector (eg, PPG sensor) can be used to obtain first detected data, and an imaging unit (eg, camera) can be used to obtain second detected data. However, in one embodiment, the second detection data is used as the first detection data, i.e. the first detection data is identical to the second detection data, and the detector acquires image data representative of the second detection data. This is an imaging unit for

本明細書で使用されるとき、灌流は、どのくらいの血液が所与の組織領域を通って流れるか、すなわち組織体積当たりの時間当たりの血液量の単位を指す。したがって、灌流は、拍動性血液量又は拍動性血流がない場合も高い可能性がある、すなわち、完全に非拍動性の流れの場合でも高い可能性がある。逆も同様であり、例えば血流の閉塞はあるが高拍動性の入力がある場合、低灌流の場合にも強いPPG信号が見られる。したがって、本明細書で使用されるとき、(拍動性)PPG信号は、拍動性血液量から生じる、すなわち、組織領域内の光の吸収を示す吸収優位信号である。一方、(拍動性)フロー信号は、組織領域内の粒子の(拍動性)運動から生じる。例えば移動する粒子に起因して、スペックルパターンが乱されるか、あるいは周波数シフトが発生する可能性がある。レーザドップラー又はレーザスペックルイメージング(LSI:laser speckle imaging)の原理を使用して、フロー信号を決定することができる。したがって、PPG信号及びフロー信号は、それぞれ、血液吸収のカラーベースプロービング(color-based probing)及び血液運動のカラーブラインドプロービング(color-blind probing)として説明され得る。 As used herein, perfusion refers to how much blood flows through a given tissue area, ie units of blood volume per time per tissue volume. Thus, perfusion can be high even in the absence of pulsatile blood volume or pulsatile blood flow, ie, with completely non-pulsatile flow. Vice versa, for example, with blood flow occlusion but with hyperpulsatile input, a strong PPG signal is seen even with hypoperfusion. Thus, as used herein, a (pulsatile) PPG signal is an absorption-dominant signal resulting from a pulsatile blood volume, ie indicative of the absorption of light within a tissue region. The (pulsatile) flow signal, on the other hand, results from the (pulsatile) movement of particles within the tissue region. Speckle patterns can be disturbed or frequency shifts can occur, for example due to moving particles. The flow signal can be determined using the principles of laser Doppler or laser speckle imaging (LSI). Therefore, the PPG and flow signals can be described as color-based probing of blood absorption and color-blind probing of blood motion, respectively.

本明細書で使用されるとき、PPG信号は、所与の波長における組織領域内の光の吸収を示す従来のPPG信号と見なすことができる。 As used herein, a PPG signal can be considered a conventional PPG signal that indicates the absorption of light within a tissue region at a given wavelength.

本明細書で使用されるとき、フロー信号は、レーザスペックルイメージング(LSI)又はレーザドップラーのような技術によって取得することができる。移動物体又は粒子から散乱されるコヒーレント(レーザ)光は、散乱体の速度を測定するために使用され得る強度変動を生じる。レーザドップラー及びスペックルの概要は、Briers著の非特許文献4並びにBriersによるトピックのレビュー報告である非特許文献5に与えられている。フロー信号は、被検体の皮膚領域から受け取った光が、血球のような移動粒子によって乱される程度を示すことができる。要するに、レーザドップラー速度計は、速度を測定するためにドップラー効果によって生じる周波数シフトを使用する。これを使用して体内の血流をモニタリングすることができる。レーザスペックルは、レーザ光で照らされる物体に粒状の外観を与えるランダムな干渉効果を指す。物体が個々の移動散乱体(血球等)を含む場合、スペックルパターンは変動する。 As used herein, flow signals can be acquired by techniques such as Laser Speckle Imaging (LSI) or Laser Doppler. Coherent (laser) light scattered from a moving object or particle produces intensity fluctuations that can be used to measure the velocity of the scatterer. An overview of laser Doppler and speckle is given in Briers, Ref. 4 and Briers' review report on the topic, Ref. A flow signal can indicate the extent to which light received from a subject's skin area is disturbed by moving particles, such as blood cells. In short, laser Doppler velocimeters use the frequency shift caused by the Doppler effect to measure velocity. It can be used to monitor blood flow in the body. Laser speckle refers to a random interference effect that gives an object illuminated by laser light a grainy appearance. If the object contains individual moving scatterers (such as blood cells), the speckle pattern will vary.

低血管コンプライアンスは、2つの異なる状態、すなわち(i)血管硬化度と(ii)集中化状態(centralized condition)、に細分されるか又はその原因であると考えられる。血管硬化度は、血管壁の硬さ/弾性を指すことができ、それは例えば年齢とともにそして心血管疾患によって変化し得る。集中化状態とは、身体が末梢組織(腕や脚)の動脈の血管緊張を増加させて(直径を減少させて)、これらの末梢組織への血流を減少させ、より多くの血流を中枢器官へ向けるようとする、代償性心血管状態(compensatory cardiovascular state)を指すことがある。血管硬化度は、時間の経過とともに、典型的には数年程度かけて非常にゆっくりと変化するが、集中化は数秒/数分以内に起こることがある。硬化度の増加と血管緊張の双方が血管コンプライアンス(血圧パルスの到着時に拡張する能力)の低下をもたらす。本明細書で提案される解決策は、PPG信号とフロー信号の組合せの評価によって、研究対象の組織内の動脈の血管コンプライアンスを調べることを可能にする。血管コンプライアンスにおける変化の解釈は、これが血管硬化度における変化又は血管緊張における変化に起因するものであるかどうかにかかわらず、その変化が起こる時間スケールに大きく依存する。したがって、本明細書で使用されるとき、血管コンプライアンスという用語は、(年齢に関連する)血管硬化度と集中化の双方を包含することができる。 Low vascular compliance is subdivided into or attributed to two distinct conditions: (i) vascular stiffness and (ii) centralized condition. Vascular stiffness can refer to the stiffness/elasticity of the vessel wall, which can change, for example, with age and with cardiovascular disease. A centralized state means that the body increases vascular tone (reduces diameter) in the arteries of peripheral tissues (arms and legs), reducing blood flow to these peripheral tissues and allowing more blood flow. It may refer to a compensatory cardiovascular state that seeks to target central organs. Although vascular stiffness changes very slowly over time, typically on the order of years, concentration can occur within seconds/minutes. Both increased stiffness and vascular tone result in decreased vascular compliance (the ability to dilate upon arrival of a blood pressure pulse). The solution proposed here makes it possible to investigate the vascular compliance of arteries within the tissue under study by evaluation of the combined PPG and flow signals. Interpretation of changes in vascular compliance, whether they are due to changes in vascular stiffness or changes in vascular tone, is highly dependent on the timescale on which the changes occur. Thus, as used herein, the term vascular compliance can encompass both (age-related) vascular stiffness and centralization.

更なる改良形態では、評価ユニットは、PPG信号とフロー信号の組合せ評価に基づいて、良好代償性血液量減少と不良代償性血液量減少の状態を決定するように適合される。 In a further refinement, the evaluation unit is adapted to determine the status of good decompensated hypovolemia and poor decompensated hypovolemia based on a combined evaluation of the PPG signal and the flow signal.

例えば低心拍出量の状態は、末梢組織の血管収縮を引き起こす集中化につながる可能性がある。血管収縮は血管の直径とコンプライアンスを低下させる。血管はこれによって硬くなるが、これは、動脈壁ではなく、動脈の周囲の平滑筋によって引き起こされるので(すなわち、動脈硬化に起因する加齢に関連する硬化ではない)、血管コンプライアンスは低下する。患者が血液量減少になると(すなわち、患者が血液量を失うと)、血液量が下がるとしても、身体は、心拍出量を維持するために流れを心臓に向け直すよう集中化するので、流れは変化しないままであるが、PPG信号は最初に減少することが予測される。第2段階として、身体がそれ以上代償/集中化を行うことができないとき、心拍出量及びフロー信号も低下し得る。したがって、組合せの評価は、良好代償性血液量減少と不良代償性血液量減少を区別することを可能にする。有利には、評価ユニットは、PPG信号とフロー信号を経時的に評価し、PPG信号とフロー信号の一時的な挙動に基づいて、特に血管コンプライアンスの変化(PPG対LSI)及び流れ(LSI)を評価することにより、PPG信号とフロー信号の良好代償性血液量減少と不良代償性血液量減少を区別することができる。 For example, conditions of low cardiac output can lead to localization causing vasoconstriction of peripheral tissues. Vasoconstriction reduces vessel diameter and compliance. Although the blood vessels stiffen due to this, vascular compliance is reduced because this is caused by the smooth muscle surrounding the artery rather than the arterial wall (i.e., not age-related stiffening due to arteriosclerosis). When a patient becomes hypovolemic (i.e., when the patient loses blood volume), the body concentrates to redirect flow to the heart to maintain cardiac output, even though blood volume is low. The flow remains unchanged, but the PPG signal is expected to decrease first. As a second step, when the body is no longer able to compensate/focus, cardiac output and flow signal may also drop. Evaluation of the combination thus makes it possible to distinguish between well-compensated and uncompensated hypovolemia. Advantageously, the evaluation unit evaluates the PPG signal and the flow signal over time and, based on the temporal behavior of the PPG signal and the flow signal, in particular changes in vascular compliance (PPG vs. LSI) and flow (LSI). By evaluating the PPG signal and the flow signal, it is possible to distinguish between good and poor decompensated hypovolemia.

一実施形態によると、評価ユニットは、(この場合はスペックル信号を表す)フロー信号によって表されるスペックルパターンを評価するように構成される。拡散媒体が照明されると、干渉がスペックルパターンを作り出す。媒体に動きがある場合、これはスペックルパターンのモーションブラーを引き起こし、これを使用して動きに関する情報を抽出することができる。これは、本実施形態に従って評価される。 According to an embodiment, the evaluation unit is arranged to evaluate the speckle pattern represented by the flow signal (in this case representing the speckle signal). When a diffuse medium is illuminated, the interference creates a speckle pattern. If there is motion in the medium, this causes motion blur of the speckle pattern, which can be used to extract information about the motion. This is evaluated according to the present embodiment.

これにより、評価ユニットは、好ましくは、スペックルコントラストの変動を検出することによってモーションブラーを評価するように構成される。 Thereby, the evaluation unit is preferably arranged to evaluate motion blur by detecting variations in speckle contrast.

別の実施形態によると、評価ユニットは、PPG信号のDC成分に対するAC成分のPPG比と、フロー信号のDC成分に対するAC成分のスペックル比を評価するように構成される。PPG信号は、呼吸及び運動によって生じるより低い周波数でゆっくり変化するDC成分に重ね合わされる、各心拍による血液量の変化によって生じる拍動性波形(AC成分)から構成される。PPG信号からの類推で、血流信号を、血流速度の変調を反映するAC成分と、血流を反映するDC成分とに分解することができる。2つの信号を組み合わせることは、不十分な末梢灌流を低心拍出量から区別することを可能にする。 According to another embodiment, the evaluation unit is configured to evaluate the PPG ratio of the AC component to the DC component of the PPG signal and the speckle ratio of the AC component to the DC component of the flow signal. The PPG signal is composed of a pulsatile waveform (AC component) caused by changes in blood volume with each heart beat superimposed on a lower frequency, slowly varying DC component caused by respiration and movement. By analogy with the PPG signal, the blood flow signal can be decomposed into an AC component reflecting the modulation of blood flow velocity and a DC component reflecting blood flow. Combining the two signals allows distinguishing poor peripheral perfusion from low cardiac output.

評価ユニットは有利には、スペックル比が第1スペックル閾値を超え、かつPPG比が第1PPG閾値未満の場合、被検体の良好代償性血液量減少の状態を決定し、スペックル比が第2スペックル閾値未満であり、かつPPG比が第1PPG閾値未満の場合、被検体の不良代償性血液量減少を決定するように構成される。 The evaluation unit advantageously determines a state of good compensated hypovolemia in the subject if the speckle ratio exceeds a first speckle threshold and the PPG ratio is below a first PPG threshold, the speckle ratio configured to determine decompensated hypovolemia in the subject if less than the 2 speckle threshold and the PPG ratio is less than the first PPG threshold.

別の実施形態では、評価ユニットは、スペックル比が第2スペックル閾値を超え、かつPPG比が第2PPG閾値を超える場合、非コンプライアント血管(non-compliant blood vessels)(及び高い末梢灌流)の状態を決定し、スペックル比が第2スペックル閾値未満であり、かつPPG比が第2PPG閾値を超える場合、コンプライアント血管(compliant blood vessels)の状態を決定するように構成される。上述のように、血管コンプライアンスは、血圧パルスの到着時に拡張する能力を示す。第2PPG閾値を超えるPPG比と組み合わせた(あまりにも)高い流量は、血管が血圧パルスの到着を十分に適応していないことを示す可能性があり、したがって、非コンプライアント(又は十分に適合していない)血管を示す可能性がある。それぞれの閾値は、例えば予め定められよく、以前の測定値から、例えば複数の被検体の測定値の平均として、あるいは同じ被検体の以前の測定値から取得されてもよい。閾値は、適応的であってもよく、例えば一種の学習システムとして、同じ被検体の測定値に基づいて時々調整されてもよい。 In another embodiment, the evaluation unit determines non-compliant blood vessels (and high peripheral perfusion) if the speckle ratio exceeds a second speckle threshold and the PPG ratio exceeds a second PPG threshold. and if the speckle ratio is less than the second speckle threshold and the PPG ratio is greater than the second PPG threshold, determine the condition of compliant blood vessels. As noted above, vascular compliance indicates the ability to dilate upon arrival of a blood pressure pulse. A (too) high flow rate in combination with a PPG ratio above the second PPG threshold may indicate that the vessel is poorly adapted to the arrival of the blood pressure pulse and is therefore non-compliant (or poorly adapted). (not shown) may indicate blood vessels. A respective threshold may for example be predetermined and may be obtained from previous measurements, eg as an average of measurements of a plurality of subjects or from previous measurements of the same subject. The threshold may be adaptive, eg, adjusted from time to time based on measurements of the same subject, as a sort of learning system.

任意選択として、評価ユニットは、潅流測定値、より正確には、

Figure 0007116042000001
によって与えられる、スペックル比に対するPPG比の比を示すコンプライアンス測定値Pを評価するように構成され得る。ここで、スペックル比は、フロー信号のDC成分に対するAC成分の比であり、PPG比は、PPG信号のDC成分に対するAC成分の比である。Pの増加は血管コンプライアンスの増加を示すことができる。DC流における減少を伴うPの減少は心拍出量の減少を示すことができる。 Optionally, the evaluation unit provides perfusion measurements, more precisely
Figure 0007116042000001
may be configured to evaluate a compliance measure P that indicates the ratio of the PPG ratio to the speckle ratio given by: Here, the speckle ratio is the ratio of the AC component to the DC component of the flow signal, and the PPG ratio is the ratio of the AC component to the DC component of the PPG signal. An increase in P can indicate an increase in vascular compliance. A decrease in P with a decrease in DC current can indicate a decrease in cardiac output.

入力部は、所定の放射線による、特に可視光又は赤外光による組織領域の人工照明に応答して得られる第1検出データを取得するように構成される。この目的のために、システムは、所定の放射線による、特に可視光又は赤外光による組織領域の人工照明のための照明ユニットを含んでよい。例えば1つ以上のLEDを、例えばPPGイメージングで従来的に使用されているような照明ユニットとして使用することができる。フロー信号が導出される第2検出データを取得するために、皮膚領域を照明するためのレーザビームを放射するためのレーザデバイスが、代替又は追加として使用されてもよい。 The input unit is configured to obtain first detection data obtained in response to artificial illumination of the tissue region with predetermined radiation, in particular with visible or infrared light. For this purpose, the system may comprise an illumination unit for artificial illumination of tissue areas with predetermined radiation, in particular with visible or infrared light. For example, one or more LEDs can be used as illumination units, such as those conventionally used in PPG imaging. A laser device for emitting a laser beam for illuminating the skin area may alternatively or additionally be used to obtain the second detection data from which the flow signal is derived.

好ましくは、一実施形態では、皮膚領域を照明するために単一の照明ユニットが使用され、したがって、その皮膚領域は、(これは一般的には好ましいが必須ではないが)PPGデータが導出される組織領域に対応し、第2検出データの単一のセットのみが取得され、その第2検出データからフロー信号及びPPG信号が導出される。 Preferably, in one embodiment, a single lighting unit is used to illuminate the skin area, and thus the skin area from which PPG data is derived (although this is generally preferred, but not essential). Only a single set of second sensed data is obtained, corresponding to the tissue region in which the flow signal and the PPG signal are derived, from the second sensed data.

一実施形態では、フローユニットは、レーザドップラー及び/又はレーザスペックル技術に基づいてフロー信号を導出するように構成され得る。ドップラー原理によれば、血球のような移動粒子に当たる光は、波長/周波数の変化(ドップラーシフトとも呼ばれる)を受けるが、静的構造に遭遇する光粒子は変化しないで戻る。光の一部は、フォトダイオードのような検出器によってレジストレーションされ得る。ドップラーシフトした光の規模及び周波数分布は血球の数及び速度に直接関係するので、検出データに基づいてフロー信号を計算することができる。したがって、出力信号は、第1波長及び第2波長における微小循環性血流に関する情報を提供することができる。更なる詳細については、レーザドップラー及びレーザスペックル技術の基本原理に関して、Briersによる前述の刊行物を参照されたい。 In one embodiment, the flow unit may be configured to derive flow signals based on laser Doppler and/or laser speckle techniques. According to the Doppler principle, light that hits a moving particle such as a blood cell undergoes a wavelength/frequency change (also called Doppler shift), while a light particle that encounters a static structure returns unchanged. A portion of the light can be registered by a detector such as a photodiode. Since the magnitude and frequency distribution of Doppler-shifted light are directly related to the number and velocity of blood cells, a flow signal can be calculated based on the detected data. The output signal can thus provide information about microcirculatory blood flow at the first and second wavelengths. For further details, see the aforementioned publication by Briers on basic principles of laser Doppler and laser speckle techniques.

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態に関連して明らかになり、説明されるであろう。
本発明によるシステムの第1実施形態の概略図である。 本発明によるデバイスの第1実施形態の概略図である。 本発明によるシステムの第2実施形態の概略図である。 PPG信号のAC成分及びDC成分を示す図である。 低変調のPPG信号及び低変調のスペックル信号を示す図である。 低変調のPPG信号及び高変調のスペックル信号を示す図である。 本発明による方法のフローチャートを示す図である。
These and other aspects of the invention will become apparent and explained in connection with the embodiments described below.
1 is a schematic diagram of a first embodiment of a system according to the invention; FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a device according to the invention; FIG. Fig. 4 is a schematic diagram of a second embodiment of the system according to the invention; FIG. 2 illustrates AC and DC components of a PPG signal; FIG. 11 shows a low-modulation PPG signal and a low-modulation speckle signal; FIG. 11 shows a low-modulation PPG signal and a high-modulation speckle signal; Fig. 3 shows a flow chart of the method according to the invention;

図1は、本発明による、被検体14の末梢動脈灌流をモニタリングするためのシステム10及び処理デバイス12の第1実施形態の概略図を示す。以下では、処理デバイス12をデバイス12と略称することがある。被検体14、この例では患者は、例えば病院又は他の医療施設内でベッド16に横たわっているが、例えば保育器に横たわっている新生児や未熟児、あるいは自宅又は他の別の環境にいる人であってもよい。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a system 10 and processing device 12 for monitoring peripheral arterial perfusion of a subject 14 according to the present invention. The processing device 12 may be abbreviated as the device 12 below. A subject 14, in this example a patient, may be lying in bed 16, for example in a hospital or other medical facility, but may be a newborn or premature infant, for example lying in an incubator, or a person at home or in another environment. may be

デバイス12に加えて、システム10は、被検体14の組織領域13(例えば額、頬、手等)の第1検出データを取得し、被検体14の皮膚領域15(例えば額、頬、手等、すなわち組織領域と同じ領域又は異なる領域)の第2検出データを取得するための検出器18、19を備える。第1検出データは、被検体14の組織から反射され、かつ/又はその組織を透過した放射線を検出することにより経時的に取得される。第2検出データは、経時的に取得される皮膚領域の一連の画像を含む。取得された第1検出データ及び第2検出データに基づいて、デバイス12は被検体14の末梢動脈灌流を決定する。 In addition to the device 12, the system 10 acquires first detected data of a tissue region 13 (eg, forehead, cheeks, hands, etc.) of the subject 14 and a skin region 15 (eg, forehead, cheeks, hands, etc.) of the subject 14. , i.e. the same area as the tissue area or a different area). First detected data is obtained over time by detecting radiation reflected from and/or transmitted through tissue of subject 14 . The second sensed data includes a series of images of the skin area acquired over time. Based on the acquired first sensed data and second sensed data, device 12 determines peripheral arterial perfusion of subject 14 .

被検体を透過するか、被検体から反射された電磁放射線を検出し、第2検出データを取得するための検出器(信号取得ユニットとも呼ばれる)についての異なる実施形態が存在する。図1に図示されるシステム10の実施形態では、異なる実施形態が一緒に使用される。 There are different embodiments of detectors (also called signal acquisition units) for detecting electromagnetic radiation transmitted through or reflected from a subject and acquiring second detected data. Different embodiments are used together in the embodiment of system 10 illustrated in FIG.

皮膚領域15から被検体14の第2検出データを取得するために、検出器は、被検体14の画像フレームを(リモートから、目立たないように)キャプチャするために、特に、被検体14の一連の画像フレームを経時的に取得するために、適切なフォトセンサを含むカメラ18(撮像ユニットとも呼ばれる)を備える。カメラ18によってキャプチャされる画像フレームは、特に、例えば(デジタル)カメラ内のアナログ又はデジタルフォトセンサによってキャプチャされたビデオシーケンスに対応し得る。そのようなカメラ18は通常、特定のスペクトル範囲(可視、IR)でも動作するか、異なるスペクトル範囲についての情報を提供することができる、CMOS又はCCDセンサ等のフォトセンサを含む。カメラ18は、アナログ信号又はデジタル信号を提供することができる。画像フレームは、関連するピクセル値を有する複数の画像ピクセルを含む。特に、画像フレームは、フォトセンサの異なる感光性素子でキャプチャされる光強度値を表すピクセルを含む。これらの感光性素子は、特定のスペクトル範囲(すなわち、特定の色を表す)で感光性があり得る。画像フレームは、各々が、例えば額、頬、喉、手等のような被検体の異なる皮膚領域を表す、いくつかの画像ピクセルの少なくとも2つのグループを含む。これにより、画像ピクセルは、フォト検出器の1つの感光性素子及びその(アナログ又はデジタル)出力に対応してよく、あるいは複数の受光性素子の(例えばビニングによる)組合せに基づいて決定されてもよい。 In order to obtain second detection data of the subject 14 from the skin area 15 , the detector is adapted, in particular, to capture (remotely and unobtrusively) image frames of the subject 14 . A camera 18 (also called an imaging unit) containing a suitable photosensor is provided to acquire image frames of . The image frames captured by camera 18 may correspond in particular to a video sequence captured by, for example, an analog or digital photosensor in a (digital) camera. Such cameras 18 typically include photosensors, such as CMOS or CCD sensors, which can operate in a particular spectral range (visible, IR) or can provide information on different spectral ranges. Camera 18 may provide analog or digital signals. An image frame includes a plurality of image pixels having associated pixel values. In particular, an image frame includes pixels representing light intensity values captured at different photosensitive elements of the photosensor. These photosensitive elements can be sensitive in a particular spectral range (ie, exhibit a particular color). An image frame includes at least two groups of several image pixels, each representing a different skin region of the subject, such as forehead, cheeks, throat, hands, and the like. Thus, an image pixel may correspond to one photosensitive element of the photodetector and its (analog or digital) output, or may be determined based on a combination (e.g., by binning) of multiple photosensitive elements. good.

被検体14の組織領域13の第1検出データを取得するために、検出器は、組織領域13からフォトプレチスモグラフィ信号を取得するために被検体14の組織領域13に取り付けられるよう構成される光学フォトプレチスモグラフィセンサ19(接触PPGセンサとも呼ばれる)を備える。PPGセンサ19は、すべての可能な実施形態のうちのほんの数個を挙げると、例えば(血中酸素飽和度を測定するために従来的に使用されるような)フィンガークリップ又は(例えば心拍数を測定するために使用されるような)ステッカーの形態で設計されてよい。PPGセンサ19は、他の形態で設計されてもよく、被検体の身体の他の皮膚領域に配置されてもよい。 To obtain first detected data of the tissue region 13 of the subject 14 , the detector is configured to attach to the tissue region 13 of the subject 14 to obtain photoplethysmographic signals from the tissue region 13 . A photoplethysmographic sensor 19 (also called a contact PPG sensor) is provided. The PPG sensor 19 may be a finger clip (as conventionally used to measure blood oxygen saturation) or may be designed in the form of a sticker). The PPG sensor 19 may be designed in other forms and may be placed on other skin areas of the subject's body.

システム10は任意選択で、例えば所定の1つ以上の波長範囲(例えば赤、緑及び/又は赤外波長範囲)で組織領域13を照明するために、ランプ又はレーザのような光源22(照明源とも呼ばれる)を更に含むことができる。光源22は特に、コヒーレント光を、特に所定の波長又は波長範囲で放射するためのコヒーレント光源を備える。その照明に応答して組織領域13から反射される光は、カメラ18によって検出される。別の実施形態では、専用の光源は設けられないが、環境光を被検体14の照明に使用する。反射された光から、所望の波長範囲の光(例えば緑、赤及び/又は赤外光、あるいは少なくとも2つの波長チャネルをカバーする十分に大きい波長範囲の光)を検出及び/又は評価することができる。 System 10 optionally includes light source 22 (illumination source 22), such as a lamp or laser, for example, to illuminate tissue region 13 in one or more predetermined wavelength ranges (eg, red, green and/or infrared wavelength ranges). ) can also be included. The light source 22 particularly comprises a coherent light source for emitting coherent light, particularly at a predetermined wavelength or wavelength range. Light reflected from tissue area 13 in response to that illumination is detected by camera 18 . In another embodiment, no dedicated light source is provided, but ambient light is used to illuminate the subject 14 . From the reflected light, a desired wavelength range of light (e.g. green, red and/or infrared light, or a sufficiently large wavelength range to cover at least two wavelength channels) can be detected and/or evaluated. can.

デバイス12は好ましくは、決定された情報を表示し、かつ/又はデバイス12、カメラ18、PPGセンサ19、光源22及び/又はシステム10の任意の他のパラメータの設定を変更するインタフェースを医療関係者に提供するために、インタフェース20に更に接続される。そのようなインタフェース20は、異なるディスプレイ、ボタン、タッチスクリーン、キーボード又は他のヒューマンマシン・インタフェース手段を含んでよい。 Device 12 preferably provides an interface for medical personnel to display the determined information and/or change settings of device 12 , camera 18 , PPG sensor 19 , light source 22 and/or any other parameters of system 10 . is further connected to the interface 20 to provide a Such interfaces 20 may include different displays, buttons, touch screens, keyboards or other human-machine interface means.

図1に図示されるようなシステム10は、例えば病院、医療施設、高齢者介護施設等に配置されてよい。患者のモニタリングとは別に、本発明は、新生児モニタリング、一般監視用途、セキュリティモニタリング、あるいはフィットネス機器、ウェアラブル、スマートフォンのようなハンドヘルドデバイス等のような、いわゆるライフスタイル環境等のような他の分野にも適用されてよい。デバイス12、カメラ18、PPGセンサ19及びインタフェース20の間の一方向又は双方向通信は、無線又は有線通信インタフェースを介して機能し得る。本発明の他の実施形態は、スタンドアロンでは提供されないが、カメラ18又はインタフェース20に一体化されるデバイス12を含んでよい。 A system 10 as illustrated in FIG. 1 may be located, for example, in a hospital, medical facility, aged care facility, or the like. Apart from patient monitoring, the present invention finds application in other fields such as neonatal monitoring, general surveillance applications, security monitoring, or so-called lifestyle environments, such as fitness equipment, wearables, handheld devices such as smartphones, etc. may also apply. One-way or two-way communication between device 12, camera 18, PPG sensor 19 and interface 20 may operate via wireless or wired communication interfaces. Other embodiments of the present invention may include device 12 integrated into camera 18 or interface 20, but not provided standalone.

図2は、本発明によるデバイス12aの第1実施形態の概略図を図示している。デバイス12aは、図1に図示されるシステム10内のデバイス12として使用されてよい。デバイス12aは、被検体の組織領域の第1検出データを取得し(すなわち取り出す又は受け取る)、被検体の皮膚領域の第2検出データを取得するための入力部(又は入力インタフェース)30を備える。第1検出データは、被検体の組織から反射され、かつ/又はその組織を透過した放射線を検出することにより、経時的に取得され、第2検出データは、経時的に取得される皮膚領域の一連の画像を含む。 Figure 2 shows a schematic diagram of a first embodiment of a device 12a according to the invention. Device 12a may be used as device 12 in system 10 illustrated in FIG. The device 12a comprises an input (or input interface) 30 for acquiring (ie, retrieving or receiving) first sensed data of tissue regions of the subject and second sensed data of skin regions of the subject. The first sensed data is acquired over time by detecting radiation reflected from and/or transmitted through the tissue of the subject, and the second sensed data is acquired over time of the area of skin. Contains a series of images.

デバイス12aは更に、第1検出データからPPG信号を導出するためのPPGユニット32と、第2検出データからフロー信号を導出するためのフローユニット34を含み、フロー信号は、皮膚領域内の光散乱粒子の流れを示す。フロー信号は、例えばスペックルを表すスペックル信号又はドップラーシフトを表すドップラー信号であってよい。評価ユニット36は、PPG信号及びフロー信号を評価して、被検体14の末梢動脈灌流に関する情報を取得する。有利には、評価ユニット36は、PPG信号とフロー信号を組み合わせた評価に基づいて、低血管コンプライアンスの状態及び/又は低心拍出量の状態を決定する(又はそれらを区別する)ように適合される。言い換えると、評価ユニットは、PPG信号とフロー信号の組合せ評価に基づいて、被検体の状態を、低血管コンプライアンスの状態及び/又は低心拍出量の状態として分類するよう適合されることができる。PPGユニット32、フローユニット34及び評価ユニット36は、例えば1つ以上のプログラムされたプロセッサ又はコンピュータによって、ハードウェア及び/又はソフトウェア実装されてよい。 Device 12a further includes a PPG unit 32 for deriving a PPG signal from the first sensed data and a flow unit 34 for deriving a flow signal from the second sensed data, the flow signal being the light scattering within the skin region. Particle flow is shown. The flow signal may be, for example, a speckle signal representing speckle or a Doppler signal representing Doppler shift. Evaluation unit 36 evaluates the PPG signal and the flow signal to obtain information regarding peripheral arterial perfusion of subject 14 . Advantageously, the evaluation unit 36 is adapted to determine (or distinguish between) a state of low vascular compliance and/or a state of low cardiac output based on a combined evaluation of the PPG signal and the flow signal. be done. In other words, the evaluation unit may be adapted to classify the subject's condition as a condition of low vascular compliance and/or a condition of low cardiac output based on the combined evaluation of the PPG signal and the flow signal. . PPG unit 32, flow unit 34 and evaluation unit 36 may be implemented in hardware and/or software, for example by one or more programmed processors or computers.

図3は、本発明によるシステム10aの第2実施形態の概略図を示す。図1に図示されるシステム10の第1実施形態とは異なり、システム10aは単一の検出器18、すなわちカメラ(又は撮像ユニット)のみを備える。したがって、カメラ18によって取得される第2検出データが、上述のリモートPPG技術を使用してPPG信号を導出するための第1検出データとしても使用される。よって、追加のPPGセンサ(図1の19)は必要とされず、したがって、組織領域は皮膚領域に対応する。 FIG. 3 shows a schematic diagram of a second embodiment of a system 10a according to the invention. Unlike the first embodiment of system 10 illustrated in FIG. 1, system 10a comprises only a single detector 18, ie camera (or imaging unit). Therefore, the second sensed data acquired by camera 18 is also used as the first sensed data for deriving the PPG signal using the remote PPG technique described above. Hence, no additional PPG sensor (19 in FIG. 1) is required and the tissue area therefore corresponds to the skin area.

以下に本発明の更なる詳細及び更なる実施形態を説明する。 Further details and further embodiments of the invention are described below.

末梢灌流についてのPPGモニタリングは、低血管コンプライアンス(集中化及び/又は血管硬化度)によって生じる低拍動性と、低心拍出量によって生じる低拍動性とを区別することができない。血管を考慮すると、心拍は拍動性圧力/流れ変動を誘発する。以下の分析では、説明のために正弦圧力変動を考える:
Δp=Δp0 cosωt (1)
ここで、Δp0は圧力定数であり、ωは心拍の周波数である。
この外部刺激に対する反応として、血管壁は拡張又は収縮して、より多くの又は少ない血液量が循環することを可能にする。
PPG monitoring of peripheral perfusion cannot distinguish between hypopulsatility caused by low vascular compliance (centralization and/or vascular stiffness) and hypopulsatility caused by low cardiac output. Considering blood vessels, the heartbeat induces pulsatile pressure/flow fluctuations. The following analysis considers sinusoidal pressure fluctuations for illustration purposes:
Δp = Δp 0 cosωt (1)
where Δp 0 is the pressure constant and ω is the heartbeat frequency.
In response to this external stimulus, the vessel walls dilate or contract to allow more or less blood volume to circulate.

血液拍動性をPPG信号から測定することができる。PPGは、血圧変動によって生じる組織の微小血管床における血液量の変化を測定する技術である。これは光学的技術であり、経時的に光吸収を測定する。PPG信号は、呼吸と運動によって生じるより低い周波数でゆっくり変化する(DC)成分に重ね合わされる、各心拍での血液量の変化によって生じる、拍動性(AC)波形からなる。図1及び図3に図示されるように、接触源/検出器ジオメトリを使用する接触式(cPPG)と、カメラを使用するリモート式(rPPG)の双方にこの技術を適用することができる。 Blood pulsatility can be measured from the PPG signal. PPG is a technique that measures changes in blood volume in the microvascular bed of tissue caused by blood pressure fluctuations. This is an optical technique and measures light absorption over time. The PPG signal consists of a pulsatile (AC) waveform caused by changes in blood volume with each heartbeat superimposed on lower frequency, slowly varying (DC) components caused by respiration and movement. As illustrated in FIGS. 1 and 3, this technique can be applied both contact-based (cPPG) using contact-source/detector geometry and remote-based (rPPG) using a camera.

流体の流量qは、所与の期間内にある領域を通る同じ場所の近く通過する流体の体積という定義によるものであり、以下のように表すことができる。
q=vA (2)
ここで、Aは管状形状の断面積であり、vはその領域上の流体の平均速度であり、その双方が、流量が測定される位置でとられる。流体力学から、管状形状を通る流れを所与とすると、外圧Δp、流体の流れq、流体体積∫qdt及び流量変動dq/dtと、管状形状の固有の機械的特性との間に以下の関係を確立することができる:
∫qdt=CΔp (3)
q=Δp/R (4)
dq/dt=Δp/L (5)
ここで、Lはインダクタンスであり、Rは血管抵抗であり、Cは血管壁の弾力性に関連する血管コンプライアンスである。
The fluid flow rate q, by definition, is the volume of fluid passing near the same location through an area in a given period of time and can be expressed as:
q = vA (2)
where A is the cross-sectional area of the tubular shape and v is the average velocity of the fluid over that area, both taken at the location where the flow rate is measured. From fluid mechanics, given a flow through a tubular geometry, the following relationships between the external pressure Δp, the fluid flow q, the fluid volume ∫qdt and the flow variation dq/dt and the inherent mechanical properties of the tubular geometry can be established:
∫qdt=CΔp (3)
q=Δp/R (4)
dq/dt = Δp/L (5)
where L is the inductance, R is the vascular resistance, and C is the vascular compliance related to the elasticity of the vessel wall.

したがって、拍動性によって生じる流れの変動を、微分方程式の解として表すことができる:

Figure 0007116042000002
ここで、外力は、式(1)による心臓周期中の血圧の変動である。 Therefore, the flow fluctuations caused by pulsatility can be expressed as a solution to a differential equation:
Figure 0007116042000002
where the external force is the variation in blood pressure during the cardiac cycle according to equation (1).

PPG信号は組織内の血液量と相関する。したがって、これが低い場合、コンプライアンス関係(式3)によれば、PPG信号の拍動性成分が低いとき、小さな深度のPPG信号変調AC/DCに対応し、これは2通りに解釈することができると結論付けることができる:
i)Cが低い:コンプライアンスが低い。例えば血管硬化;
ii)Δpが低い:低心拍出量で血液の流れは安定;これはRqが低いことを意味し、したがって、血流qか血流速度vのいずれかが低い。
The PPG signal correlates with blood volume in the tissue. Therefore, when it is low, according to the compliance relationship (equation 3), when the pulsatile component of the PPG signal is low, it corresponds to a small depth of PPG signal modulation AC/DC, which can be interpreted in two ways. We can conclude that:
i) Low C: Low compliance. e.g. vascular sclerosis;
ii) Δp is low: blood flow is stable at low cardiac output; this means that R q is low and therefore either blood flow q or blood flow velocity v is low.

したがって、この場合、不十分な末梢灌流(例えば血管硬化又は集中化起因する低コンプライアンス)と低心拍出量とを区別するにはPPG法のあいまいさがある。 Thus, in this case, the PPG method is ambiguous in distinguishing between poor peripheral perfusion (eg, low compliance due to vascular stiffness or centralization) and low cardiac output.

提案されるデバイス、システム及び方法はこのあいまいさを軽減する。低末梢灌流は、低心拍出量又は低血管コンプライアンスCのいずれかに関連付けられる。低心拍出量がある場合、血流と圧力変動との間の血管抵抗の関係Δp=Rqによれば、血流qは低い。言い換えると、PPG信号が低いときに高い血管流量qが観察されれば、これを低心拍出量によって引き起こすことはできない。むしろ、血管壁は、体積を変えること(したがって低血管コンプライアンス)によっては血圧に反応しないが、血流速度を変えることによって血圧に反応する。 The proposed device, system and method alleviate this ambiguity. Low peripheral perfusion is associated with either low cardiac output or low vascular complianceC. When there is low cardiac output, blood flow q is low according to the vascular resistance relationship Δp=R q between blood flow and pressure fluctuations. In other words, if a high vascular flow q is observed when the PPG signal is low, it cannot be caused by low cardiac output. Rather, the vessel wall does not respond to blood pressure by changing its volume (hence low vascular compliance), but by changing blood flow velocity.

以下では、流体力学からの式を使用して、測定された信号、血液量及び血流の間の関係を確立する。層流について血管抵抗Rの式を組み合わせると(ハーゲン・ポアズイユ(Hagen-Poiseuilleの式):
R=8ηL/πr4 (7)
であり、流れは、抵抗(式4)及びコンプライアンス(式3)に依存し、ここで、Rは血流に対する抵抗、Lは血管の長さ、ηは血液の粘性、rは血管の半径、qは血流、そしてCは血管コンプライアンスであり、以下の関係を導き出すことができる:

Figure 0007116042000003
ここで、A=πr2及び式(2)が使用される。 In the following, equations from fluid dynamics are used to establish the relationship between the measured signal, blood volume and blood flow. Combining the formula for vascular resistance R for laminar flow (Hagen-Poiseuille formula):
R=8ηL/ πr4 (7)
and the flow depends on the resistance (equation 4) and the compliance (equation 3), where R is the resistance to blood flow, L is the length of the vessel, η is the viscosity of the blood, r is the radius of the vessel, Where q is blood flow and C is vascular compliance, the following relationship can be derived:
Figure 0007116042000003
where A=πr 2 and equation (2) are used.

したがって、血管コンプライアンスが非常に低いとき、すなわちC → 0のとき、次いで:

Figure 0007116042000004
であるか、同等に、
Figure 0007116042000005
であり、これは、図4に図示されるように、PPG信号変調深さ(PPG信号のAC/DC成分)に相関される。 Therefore, when vascular compliance is very low, i.e. C → 0, then:
Figure 0007116042000004
or, equivalently,
Figure 0007116042000005
, which is correlated to the PPG signal modulation depth (the AC/DC components of the PPG signal) as illustrated in FIG.

しかしながら、コンプライアンス関係に従って、低い1/A dA/dtを測定することは、低いΔpも意味し得る。関係(4)を使用して、低いΔpは低と同等であると更に結論付けることができる:

Figure 0007116042000006
明らかに、1/v dv/dtを測定することは、以下のようにあいまいさを軽減することができる。すなわち、1/v dv/dtが低い場合、次いで、1/q dq/dtも低く、これは低心拍出量を意味する。そうでなければ、低い1/A dA/dtについて、1/v dv/dtが高い場合、したがって、1/q dq/dtも高く、これは、Δpは低くはないが、C、すなわち血管コンプライアンスが低いことを意味する。 However, according to the compliance relationship, measuring a low 1/A dA/dt can also mean a low Δp. Using relationship (4), we can further conclude that a low Δp is equivalent to a low:
Figure 0007116042000006
Clearly, measuring 1/v dv/dt can alleviate the ambiguity as follows. That is, if 1/v dv/dt is low, then 1/q dq/dt is also low, which means low cardiac output. Otherwise, for low 1/A dA/dt, if 1/v dv/dt is high, and therefore 1/q dq/dt is also high, this means that Δp is not low, but C, ie vascular compliance means low.

したがって、1/v dv/dtと1/A dA/dtを測定して組み合わせることは、低心拍出量(及び低末梢灌流)と低血管コンプライアンスの間を区別することを可能にする。血管コンプライアンスの変化を検出することができ、これが心拍出量の低下に起因するものであるかどうかを評価することができる。 Therefore, measuring and combining 1/v dv/dt and 1/A dA/dt makes it possible to distinguish between low cardiac output (and low peripheral perfusion) and low vascular compliance. Changes in vascular compliance can be detected and whether this is due to reduced cardiac output can be assessed.

以下では、血管の機械的パラメータを推定し、したがって、低末梢灌流からの低心拍出量又は血管コンプライアンスを区別する方法を説明する。このため、PPG信号からの1/A dA/dtに加えて1/v dv/dtを推定する必要がある。 In the following, methods are described to estimate vascular mechanical parameters and thus distinguish low cardiac output or vascular compliance from low peripheral perfusion. Therefore, it is necessary to estimate 1/v dv/dt in addition to 1/A dA/dt from the PPG signal.

血流速度を測定するために、スペックルイメージング、例えばレーザスペックルイメージング(LSI)が一実施形態で使用される。光、例えばレーザ光が拡散媒体を照明するとき、干渉が、スペックルとして知られるランダムパターンを作り出す。媒体内に動きがある場合、これはスペックルパターンにおけるモーションブラーを生じる。モーションブラーを使用して、動きに関する情報を抽出することができる。これは、例えばスペックルパターンをイメージングすることによって行われる。速度分布は、スペックルコントラストの変動を分析することによって取得される。 Speckle imaging, such as laser speckle imaging (LSI), is used in one embodiment to measure blood flow velocity. When light, such as laser light, illuminates a diffusive medium, the interference creates a random pattern known as speckle. If there is motion in the medium, this will result in motion blur in the speckle pattern. Motion blur can be used to extract information about motion. This is done, for example, by imaging a speckle pattern. The velocity distribution is obtained by analyzing the variation of speckle contrast.

PPG信号と同様に、スペックル信号も、血流速度の変調を反映するAC成分と、血流を反映するDC成分とに分解することができる。したがって、2つの信号を組み合わせると、不十分な末梢灌流又は低血管コンプライアンスを、低心拍出量と区別することができる。小さいAC/DC成分又は小さい1/A dA/dtによりPPG信号で観察され得る低い血液量変動は、以下に対応する:
i)心拍出量が低い場合、(スペックル(LSI)AC/DC信号に相関される)血流速度変調深度1/v dv/dtの小さな反応、又は
ii)血管が非コンプライアント(硬化、集中化を示す)の場合、(LSI信号の変調深度に相関される)血流速度1/v dv/dtにおける大きな反応である。血流速度における大きな反応は、高心拍出量を示す。
Similar to the PPG signal, the speckle signal can also be decomposed into an AC component reflecting the modulation of blood flow velocity and a DC component reflecting blood flow. Therefore, the combination of the two signals can distinguish poor peripheral perfusion or low vascular compliance from low cardiac output. Low blood volume fluctuations that can be observed in PPG signals due to small AC/DC components or small 1/A dA/dt correspond to:
i) small response of blood velocity modulation depth 1/v dv/dt (correlated to speckle (LSI) AC/DC signal) when cardiac output is low, or ii) non-compliant vessels (stiffening , indicating concentration), there is a large response in the blood velocity 1/v dv/dt (which is correlated to the modulation depth of the LSI signal). A large response in blood flow velocity indicates high cardiac output.

異なる状況についてのPPG信号及びスペックル信号(フロー信号の一実施形態として)の例が図5に図示されている。図5Aは、PPG信号における変調及びスペックル信号(LSI信号)における変調が、低心拍出量を示す低(小)である状況を示す。低心拍出量に加えて、血管コンプライアンスも低い可能性がある。この状況は、不良代償性血液量減少を示すものと考えることができる。図5Bは、PPG信号における変調が低く、スペックル信号(LSI信号)における変調が、低血管コンプライアンスを示す高(大)である状況を示す。言い換えると、図5Bに図示される状況は、(単に)低血管コンプライアンスであるが、十分な心拍出量であることを示すことができる。この状況は、良好代償性血液量減少を示すものと考えることができる。 An example of a PPG signal and a speckle signal (as one embodiment of a flow signal) for different situations is illustrated in FIG. FIG. 5A shows a situation where the modulation in the PPG signal and the modulation in the speckle signal (LSI signal) are low (small) indicating low cardiac output. In addition to low cardiac output, vascular compliance may also be low. This situation can be considered indicative of maladaptive hypovolemia. FIG. 5B shows a situation where the modulation on the PPG signal is low and the modulation on the speckle signal (LSI signal) is high (large) indicating low vascular compliance. In other words, the situation illustrated in FIG. 5B can indicate (simply) low vascular compliance but sufficient cardiac output. This situation can be considered indicative of well-compensated hypovolemia.

血管反応について上記で検討した考察を考慮すると、以下の推論が当てはまる可能性があり、以下の表に要約することができる:

Figure 0007116042000007
Given the considerations discussed above regarding vascular response, the following inferences may apply and can be summarized in the table below:
Figure 0007116042000007

スペックル信号が高い流速を示し、PPG信号が比較的低い血液量変動を測定するとき、血管コンプライアンスは低い。言い換えると、血管は血流の増加に十分に応答していない。その結果、同様の結論を引き出すことができる。正常又は高い血管コンプライアンスは、血液量(PPG信号)を増加させることによって、血流速度(スペックル信号によって測定可能)が高くなることを防ぐはずである。 Vascular compliance is low when the speckle signal indicates high flow velocities and the PPG signal measures relatively low blood volume fluctuations. In other words, blood vessels are not responding well to increased blood flow. As a result, similar conclusions can be drawn. Normal or high vascular compliance should prevent high blood flow velocity (measurable by speckle signal) by increasing blood volume (PPG signal).

上記の表の推論に基づいて、以下のコンプライアンス測定値を定義することができる:

Figure 0007116042000008
Pの増加は血管収縮の増加を示し、Pの減少は心拍出量の減少を示す。 Based on the inferences from the table above, we can define the following compliance measures:
Figure 0007116042000008
An increase in P indicates an increase in vasoconstriction and a decrease in P indicates a decrease in cardiac output.

要約すると、提案されたアイデアは、2つの測定方法、すなわちPPGイメージングとフロー信号評価(例えばスペックルイメージング(例えばLSI)又はレーザドップラーイメージング)を組み合わせる。これは、(非接触型である)シングルカメラ測定、あるいはカメラ測定と接触測定の組合せに基づいてよい。それは一般的に可視光を必要としない。それらの測定からPPG信号及びフロー信号を導出し、これらの信号から、例えばコンプライアンス測定値Pと、PPG信号振幅と、フロー信号振幅の間の機能的関係に基づいて(例えばアルゴリズム又は関数に基づいて)、あるいは表関係(tabular relation)(例えばルックアップテーブル:LUTに基づいて)に基づいて、末梢動脈灌流に関する所望の情報を取得する。 In summary, the proposed idea combines two measurement methods: PPG imaging and flow signal evaluation (eg speckle imaging (eg LSI) or laser Doppler imaging). This may be based on single camera measurements (which are non-contact) or a combination of camera and contact measurements. It generally does not require visible light. From those measurements a PPG signal and a flow signal are derived and from these signals e.g. based on the functional relationship between the compliance measurement P, the PPG signal amplitude and the flow signal amplitude (e.g. ), or based on a tabular relation (eg, based on a lookup table: LUT) to obtain desired information about peripheral arterial perfusion.

低心拍出量と低血管コンプライアンスとを区別することに加えて、活動、姿勢、バイオメトリクス及び/又はバイタルサインを、特に取得される第2検出データから、決定及びモニタリングすることができる。動脈灌流に関する決定に加えて、この情報を使用することができる。 In addition to distinguishing between low cardiac output and low vascular compliance, activity, posture, biometrics and/or vital signs can be determined and monitored, especially from the acquired second detection data. This information can be used in addition to decisions regarding arterial perfusion.

提案される解決策の別の利点は、それが局所領域測定に基づいているので、顔や腕等のような容易にアクセス可能な領域におけるコンプライアンスを都合よく測定できることにある。上述のように、方法は好ましくはリモート測定用に設計されるが、接触型で適応されることも可能である。 Another advantage of the proposed solution is that, since it is based on local area measurements, compliance in easily accessible areas such as the face, arms, etc. can be conveniently measured. As mentioned above, the method is preferably designed for remote measurement, but can also be adapted for contact.

さらに、光ベースの解決策が提案されるので、測定をスペクトルの不可視部分のいずれかで行うことができ、暗所及び/又は可視範囲における測定を可能にする。 Furthermore, light-based solutions are proposed so that measurements can be made in any of the invisible parts of the spectrum, allowing measurements in the dark and/or visible range.

本発明による方法100の一実施形態のフローチャートが図6に図示されている。第1ステップS10において、被検体の組織領域の第1検出データが取得される。第2ステップS12において、被検体の皮膚領域の第2検出データが取得される。第3ステップS14において、PPG信号が第1検出データから導出される。第4ステップS16(第3ステップS14の前に実行されても同時に実行されてもよい)において、フロー信号が第2検出データから導出される。第5ステップS18において、PPG信号及びフロー信号を評価して末梢動脈灌流に関する情報を取得する。PPG信号と血流信号の組合せ評価に基づいて、低血管コンプライアンスの状態及び/又は低心拍出量の状態を決定することができる。 A flow chart of one embodiment of a method 100 in accordance with the present invention is illustrated in FIG. In a first step S10, first detection data of a tissue region of a subject are obtained. In a second step S12, second detection data of the skin area of the subject are obtained. In a third step S14 a PPG signal is derived from the first detected data. In a fourth step S16 (which may be performed before or at the same time as the third step S14), flow signals are derived from the second sensed data. In a fifth step S18, the PPG signal and the flow signal are evaluated to obtain information on peripheral arterial perfusion. Based on the combined evaluation of the PPG signal and the blood flow signal, a state of low vascular compliance and/or a state of low cardiac output can be determined.

本発明を、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明してきたが、そのような図示及び説明は、限定ではなく、実例又は例示と見なされるべきであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求に係る発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。 While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustration and description are to be considered illustrative or exemplary, and not restrictive, and the invention may be practiced in accordance with the disclosed embodiments. Not limited. Other variations to the disclosed embodiments can be understood and effected by those skilled in the art in practicing the claimed invention, from a study of the drawings, this disclosure, and the appended claims.

特許請求の範囲において、「備える(comprising)」という用語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除しない。単一の要素又は他のユニットが特許請求の範囲に記載されるいくつかの項目の機能を果たすことがある。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。 In the claims, the term "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite articles "a" or "an" do not exclude a plurality. A single element or other unit may fulfill the functions of several items recited in the claims. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage.

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な非一時的媒体に格納/分散され得るが、インターネットや他の有線又は無線の電気通信システムを介するような他の形態で分散されてもよい。 The computer program may be stored/distributed on any suitable non-transitory medium, such as optical storage media or solid-state media supplied with or as part of other hardware, Internet or other wired or wireless It may also be distributed in other ways, such as via a telecommunications system.

特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.

Claims (16)

被検体の末梢動脈灌流のモニタリングで使用するための処理デバイスにおいて:
被検体の組織領域の第1検出データを受け取り、被検体の皮膚領域の第2検出データを受け取るための入力部であって、前記第1検出データは、前記被検体の組織から反射されるか、かつ/又は前記被検体の組織を透過した放射線を検出することによって経時的に取得され、前記第2検出データは、前記皮膚領域に向けて放射されるコヒーレント光に応答して前記皮膚領域から受け取られる放射線を検出することによって経時的に取得される、前記入力部と;
前記第1検出データからフォトプレチスモグラフィ(PPG)信号を導出するためのPPGユニットと;
前記第2検出データから、前記皮膚領域内の光散乱粒子の流れを示すフロー信号を導出するためのフローユニットと;
前記PPG信号及び前記フロー信号を評価して前記末梢動脈灌流に関する情報を取得するための評価ユニットであって、該評価ユニットは、前記PPG信号と前記フロー信号の組合せ評価に基づいて、低血管コンプライアンスの状態と低心拍出量の状態を区別するよう適合される、評価ユニットと;
を備える、処理デバイス。
In a processing device for use in monitoring peripheral arterial perfusion of a subject:
an input for receiving first detected data of a tissue region of a subject and for receiving second detected data of a skin region of a subject, wherein the first detected data is reflected from tissue of the subject; and/or obtained over time by detecting radiation transmitted through tissue of the subject, wherein the second detected data is obtained from the skin area in response to coherent light emitted toward the skin area. the input obtained over time by detecting received radiation;
a PPG unit for deriving a photoplethysmography (PPG) signal from said first detected data;
a flow unit for deriving from the second sensed data a flow signal indicative of the flow of light scattering particles within the skin area;
an evaluation unit for evaluating the PPG signal and the flow signal to obtain information about the peripheral arterial perfusion, wherein the evaluation unit determines, based on a combined evaluation of the PPG signal and the flow signal, low vascular compliance; an assessment unit adapted to distinguish between a condition of low cardiac output and a condition of low cardiac output;
A processing device, comprising:
前記フローユニットは、レーザドップラー及び/又はレーザスペックル技術に基づいて前記フロー信号を導出するよう構成される、
請求項1に記載の処理デバイス。
said flow unit is configured to derive said flow signal based on laser Doppler and/or laser speckle techniques;
A processing device according to claim 1 .
前記評価ユニットは、前記フロー信号によって表されるスペックルパターンを評価するよう構成される、
請求項1に記載の処理デバイス。
the evaluation unit is configured to evaluate a speckle pattern represented by the flow signal;
A processing device according to claim 1 .
前記評価ユニットは、スペックルコントラスト変動を検出することによってモーションブラーを評価するよう構成される、
請求項3に記載の処理デバイス。
wherein the evaluation unit is configured to evaluate motion blur by detecting speckle contrast variations;
4. A processing device according to claim 3.
前記評価ユニットは、前記PPG信号のDC成分に対するAC成分のPPG比と、前記フロー信号のDC成分に対するAC成分のスペックル比を評価するよう構成される、
請求項1に記載の処理デバイス。
The evaluation unit is configured to evaluate the PPG ratio of the AC component to the DC component of the PPG signal and the speckle ratio of the AC component to the DC component of the flow signal.
A processing device according to claim 1 .
前記評価ユニットは、前記スペックル比が第1スペックル閾値を超え、かつ前記PPG比が第1PPG閾値未満の場合、前記被検体の良好代償性血液量減少の状態を決定し、前記スペックル比が第2スペックル閾値未満であり、かつ前記PPG比が前記第1PPG閾値未満の場合、前記被検体の不良代償性血液量減少の状態を決定するよう構成される、
請求項5に記載の処理デバイス。
The evaluation unit determines a status of well-compensated hypovolemia of the subject if the speckle ratio exceeds a first speckle threshold and the PPG ratio is below a first PPG threshold; is less than a second speckle threshold and the PPG ratio is less than the first PPG threshold, determining the status of maladaptive hypovolemia of the subject.
6. A processing device according to claim 5.
前記評価ユニットは、
Figure 0007116042000009
によって与えられる、前記スペックル比に対する前記PPG比の比を示すコンプライアンス測定値Pを評価するように構成され、前記スペックル比は前記フロー信号のDC成分に対するAC成分の比であり、前記PPG比は、前記PPG信号のDC成分に対するAC成分の比である、
請求項5に記載の処理デバイス。
The evaluation unit comprises:
Figure 0007116042000009
configured to evaluate a compliance measure P indicative of the ratio of said PPG ratio to said speckle ratio, said speckle ratio being the ratio of the AC component to the DC component of said flow signal, given by said PPG ratio is the ratio of the AC component to the DC component of the PPG signal;
6. A processing device according to claim 5.
前記入力部は、所定の放射線による前記組織の人工照明に応答して得られる第1検出データを取得するように構成される、
請求項1に記載の処理デバイス。
the input unit is configured to obtain first detection data obtained in response to artificial illumination of the tissue with a predetermined radiation;
A processing device according to claim 1 .
前記第2検出データを前記第1検出データとして使用するように更に構成される、
請求項1に記載の処理デバイス。
further configured to use the second sensed data as the first sensed data;
A processing device according to claim 1 .
末梢動脈灌流のモニタリングのためのシステムであって、当該システムは:
被検体の組織領域の第1検出データを取得し、被検体の皮膚領域の第2検出データを取得するための検出器であって、前記第1検出データは、前記被検体の組織から反射されるか、かつ/又は前記被検体の組織を透過した放射線を検出することによって経時的に取得され、前記第2検出データは、経時的に取得される前記皮膚領域の一連の画像を含む、検出器と;
前記取得された第1検出データ及び第2検出データに基づいて末梢動脈灌流をモニタリングするための請求項1に記載の処理デバイスと;
を備える、システム。
A system for monitoring peripheral arterial perfusion, the system comprising:
A detector for obtaining first detected data of a tissue region of a subject and obtaining second detected data of a skin region of a subject, the first detected data being reflected from tissue of the subject. and/or obtained over time by detecting radiation transmitted through tissue of the subject, wherein the second detection data comprises a series of images of the skin area obtained over time. vessel and;
a processing device of claim 1 for monitoring peripheral arterial perfusion based on the acquired first and second sensing data;
A system comprising:
所定の放射線による前記組織の人工照明のための照明ユニット、
を更に備える、請求項10に記載のシステム。
an illumination unit for artificial illumination of said tissue with predetermined radiation;
11. The system of claim 10, further comprising:
前記照明ユニットは、前記皮膚領域を照明するために、コヒーレント光を放射するためのコヒーレント光源を備える、
請求項11に記載のシステム。
the illumination unit comprises a coherent light source for emitting coherent light to illuminate the skin area;
12. The system of claim 11.
末梢動脈灌流のモニタリングで使用するための処理デバイスの作動方法であって、当該作動方法は:
前記処理デバイスの入力部が、被検体の組織領域の第1検出データを受け取るステップであって、前記第1検出データは、前記被検体の組織から反射され、かつ/又は前記被検体の組織を透過した放射線を検出することによって経時的に取得されたデータである、ステップと;
前記入力部が、被検体の皮膚領域の第2検出データを受け取るステップであって、前記第2検出データは、前記皮膚領域に向けて放射されるコヒーレント光に応答して前記皮膚領域から受け取られる放射線を検出することによって経時的に取得されたデータである、ステップと;
前記処理デバイスのPPGユニットが、前記第1検出データからフォトプレチスモグラフィ(PPG)信号を導出するステップと;
前記処理デバイスのフローユニットが、前記第2検出データから、前記皮膚領域内の光散乱粒子の流れを示すフロー信号を導出するステップと;
前記処理デバイスの評価ユニットが、末梢動脈灌流に関する情報を取得するために前記PPG信号及び前記フロー信号を評価し、前記PPG信号と前記フロー信号の組合せ評価に基づいて低血管コンプライアンス状態と低心拍出量状態を区別するステップと;
を含む、作動方法。
A method of operating a processing device for use in monitoring peripheral arterial perfusion, the method comprising:
the input of the processing device receiving first detected data of a tissue region of a subject, the first detected data being reflected from and/or through tissue of the subject; data obtained over time by detecting transmitted radiation;
said input receiving second detection data of a skin area of a subject, said second detection data being received from said skin area in response to coherent light emitted towards said skin area. data obtained over time by detecting radiation;
a PPG unit of said processing device deriving a photoplethysmography (PPG) signal from said first detected data;
a flow unit of said processing device deriving from said second detection data a flow signal indicative of the flow of light scattering particles within said skin area;
An evaluation unit of the processing device evaluates the PPG signal and the flow signal to obtain information about peripheral arterial perfusion, and based on a combined evaluation of the PPG signal and the flow signal, a low vascular compliance state and a low heart rate. distinguishing between output states;
method of operation, including
コンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると、該コンピュータに請求項13に記載の作動方法のステップを実行させるためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。 14. A computer program comprising program code means for causing the computer to perform the steps of the method of operation according to claim 13, when the computer program is run on a computer. 前記所定の放射線は、可視光又は赤外光である、請求項8に記載の処理デバイス又は請求項11に記載のシステム。 12. The processing device of claim 8 or the system of claim 11, wherein the predetermined radiation is visible light or infrared light. 前記コヒーレント光源は、レーザビームを放射するためのレーザデバイスである、請求項12に記載のシステム。 13. The system of Claim 12, wherein the coherent light source is a laser device for emitting a laser beam.
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